[發明專利]一種隨機干擾下的無人艇跟蹤誤差約束控制方法

在審

• 申請號: 201911127962.2
• 申請日: 2019-11-18
• 公開（公告）號: CN110865539A
• 公開（公告）日: 2020-03-06
• 發明（設計）人: 戴詩陸;鄒宇駿;楊辰光
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;佛山紐欣肯智能科技有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05D1/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.一種隨機干擾下的無人艇跟蹤誤差約束控制方法，其特征在于，包括下述步驟：

(1)：構建無人艇的運動學模型，所述無人艇的運動學模型為：

其中，η＝[x y ψ]^T表示無人艇在大地坐標系(O_e X_e Y_e)下的位置(x，y)和大地坐標系下的航向角ψ；υ＝[u，v，r]^T中的各分量對應于體坐標系(o_b x_b y_b)下的前進速度u、橫蕩速度v和轉向角速度r；旋轉矩陣J(ψ)為

(2)：考慮海洋動態環境中存在著外界隨機干擾，將無人艇動力學模型描述為標準的非線性隨機模型形式，所述標準的非線性隨機模型為：

dv＝(f(v，q)+Φ(v)θ+τ^*)dt+Φ(v)Δ(t)dω

其中ω表示6維標準維納過程，在上述這個非線性隨機系統中，Φ(v)θ表示波浪、風和洋流引起的力和力矩的平均值，而表示其隨機分量；

(3)：根據跟蹤誤差，采用正切障礙李雅普諾夫函數確保距離誤差滿足約束條件，所述跟蹤誤差的具體定義為：

z₁₁＝x-x_d，

z₁₂＝y-y_d，

z₁₃＝ψ-ψ_d，

z₂＝v-α，

其中，z_1i，i＝1，2，3為設計的無人艇的跟蹤距離誤差和方位角誤差；

(4)：運用反步設計法針對誤差系統進行虛擬控制器設計；

(5)：估計無人艇模型中的未知參數θ和Δ；

(6)：基于步驟(3)到步驟(5)中的正切障礙李雅普諾夫函數、自適應控制技術、反步設計法設計控制器。

2.根據權利要求1所述一種隨機干擾下的無人艇跟蹤誤差約束控制方法，其特征在于，步驟(2)中，存在隨機干擾的無人艇的動力學方程為：

其中，M_RB＞0和M_A＞0分別為艇和附加質量的慣性矩陣；C_RB(υ)和C_A(υ_r)分別為艇和附加質量的總的科氏力和向心加速度矩陣；D為阻尼矩陣；τ表示無人艇的控制輸入；τ_ωind和τ_ωave表示由于海風和海浪產生的外部擾動；矩陣M_RB，M_A，C_RB(v)，C_A(v)和D的具體形式分別如下所示：

其中

其中，m是無人艇的質量；I_z是轉向角速度方向上的轉動慣量；和均是附加質量；x_g是無人艇在x_b坐標上的重心；X_(.)，Y_(.)和N_(.)分別是在前進速度方向、橫蕩速度方向和轉向角速度方向上的線性流體動力學阻尼系數。